E-UTRA
LTEおよびSAEネットワークの一部としてのEUTRANアーキテクチャ

E-UTRAは、モバイルネットワークにおける第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）のLTE（Long Term Evolution ）アップグレードパスの無線インターフェースです。Evolved UMTS Terrestrial Radio Access（Evolved UMTS地上無線アクセス） [ 1 ]の略称で、3GPP LTE仕様の初期ドラフトではEvolved Universal Terrestrial Radio Access（Evolved Universal Terrestrial Radio Access）とも呼ばれていました[ 1 ] 。E -UTRANは、E-UTRA、ユーザー機器（UE）、およびNode B（E-UTRAN Node BまたはEvolved Node B、eNodeB ）を組み合わせたものです。

これは、 3GPPリリース5以降で規定されているUMTS（ Universal Mobile Telecommunications System）、HSDPA（High-Speed Downlink Packet Access ）、HSUPA （High-Speed Uplink Packet Access ）技術の代替となる無線アクセスネットワーク（RAN）です。HSPAとは異なり、LTEのE-UTRAはW-CDMAとは無関係かつ互換性のない全く新しい無線インターフェースシステムです。より高いデータレートとより低い遅延を提供し、パケットデータに最適化されています。下りリンクには直交周波数分割多元接続（OFDMA）、上りリンクにはシングルキャリア周波数分割多元接続（SC-FDMA）を使用します。試験運用は2008年に開始されました。

特徴

EUTRANには以下の特徴があります。

  • 20MHzのスペクトルで、4×4アンテナで299.6Mbit/s、2×2アンテナで150.8Mbit/sのピークダウンロード速度を実現します。LTE Advancedは、集約された100MHzチャネルで2,998.6Mbit/sのピークダウンロード速度を実現する8×8アンテナ構成をサポートします。[ 2 ]
  • LTE規格の20MHzチャネルでは最大アップロード速度75.4Mbit/s、LTE Advancedの100MHzキャリアでは最大1,497.8Mbit/sです​​。[ 2 ]
  • データ転送の遅延が低い (最適な状態では小さな IP パケットの遅延は 5 ミリ秒未満)、ハンドオーバーと接続セットアップ時間の遅延が低い。
  • 周波数帯域に応じて最大時速 350 km または 500 km で移動する端末をサポートします。
  • 同じ無線アクセス技術で、 FDDとTDD の両方のデュプレックスと半二重 FDDをサポート
  • ITU-RによるIMTシステムで現在使用されているすべての周波数帯域をサポートします。
  • 柔軟な帯域幅：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHzが標準化されています。一方、UMTSは5MHz単位の固定サイズのスペクトルを使用します。
  • 3GPP（ HSPA）リリース6に比べて2～5倍のスペクトル効率の向上
  • 半径数十メートル（フェムトセルおよびピコセル）から半径100 kmを超えるマクロセルまでのセル サイズをサポート
  • 簡素化されたアーキテクチャ: EUTRANのネットワーク側はeNodeBのみで構成されている
  • 他のシステム（GSM / EDGE、UMTS、CDMA2000、WiMAXなど）との相互運用性のサポート
  • パケット交換無線インターフェース。

E-UTRAの根拠

UMTSは、HSDPA、HSUPA、そしてそれらの進化形によって高いデータ転送速度を実現しますが、移動中のサービスやコンテンツの提供と需要の増加、そして最終ユーザーのコスト削減の継続により、今後数年間は無線データ使用量が大幅に増加し続けると予想されます。この増加には、より高速なネットワークと無線インターフェースだけでなく、現在の標準の進化によって可能なものよりも高いコスト効率も必要になると予想されます。そのため、3GPPコンソーシアムは、このニーズを満たす新しい無線インターフェース（EUTRAN）とコアネットワークの進化（System Architecture Evolution SAE） の要件を設定しました

これらのパフォーマンスの向上により、ワイヤレスオペレータは、音声、大容量データ転送を含む高速インタラクティブ アプリケーション、完全なモビリティを備えた機能豊富なIPTVという4 つのプレイサービスを提供できるようになります。

3GPP リリース 8 以降、E-UTRA はGSM / EDGE、UMTS / HSPA、CDMA2000 / EV-DO、TD-SCDMA無線インターフェースに単一の進化パスを提供するように設計されており、データ速度とスペクトル効率が向上し、より多くの機能を提供できるようになります。

アーキテクチャ

EUTRANは、ネットワーク側のeNodeBのみで構成されています。eNodeBは、 UTRANにおけるNodeBとRNC（無線ネットワークコントローラ）が共同で実行するタスクと同様のタスクを実行します。この簡素化の目的は、すべての無線インターフェース操作の遅延を削減することです。eNodeBはX2インターフェースを介して相互に接続され、S1インターフェースを介してパケット交換（PS）コアネットワークに接続します。 [ 3 ]

EUTRANプロトコルスタック

EUTRANプロトコルスタック

EUTRANプロトコルスタックは以下の要素で構成されています。[ 3 ]

  • 物理層：[ 4 ] MACトランスポートチャネルからのすべての情報を無線インターフェースを介して伝送する。リンクアダプテーション（ACM）、電力制御、セルサーチ（初期同期およびハンドオーバー用）、およびRRC層のためのその他の測定（LTEシステム内およびシステム間）を処理する。
  • MAC: [ 5 ] MACサブ層は、RLCサブ層に論理チャネルのセットを提供し、RLCサブ層はこれを物理層トランスポートチャネルに多重化します。また、HARQエラー訂正の管理、同一UEの論理チャネルの優先順位付け、UE間の動的スケジューリングなども行います。
  • RLC : [ 6 ] PDCPのPDUを転送します。提供される信頼性に応じて3つの異なるモードで動作します。モードに応じて、ARQエラー訂正、PDUの分割/連結、順序通りの配信のための並べ替え、重複検出などを提供します。
  • PDCP：[ 7 ] RRC層では、暗号化と整合性保護を伴うデータ転送を提供します。IP層では、 ROHCヘッダー圧縮、暗号化、RLCモードに応じたインシーケンス配信、重複検出、ハンドオーバー時のSDU再送を伴うIPパケット転送を提供します。
  • RRC : [ 8 ]その他、アクセス層に関連するブロードキャストシステム情報と非アクセス層(NAS)メッセージの転送、ページング、RRC接続の確立と解放、セキュリティキー管理、ハンドオーバー、システム間(RAT間)モビリティに関連するUE測定、QoSなどを担当します。

EUTRAN プロトコル スタックへのインターフェイス層:

物理層（L1）設計

E-UTRAは、端末の種類に応じて、直交周波数分割多重（OFDM）、多入力多出力（MIMO）アンテナ技術を使用し、ダウンリンクではビームフォーミングを使用することで、より多くのユーザー、より高いデータレート、各端末に必要な処理電力の低減をサポートできます。[ 10 ]

LTEの上りリンクでは、チャネルに応じてOFDMAと、OFDMのプリコーディング版であるSC-FDMA（シングルキャリア周波数分割多元接続）の両方を使用します。これは、通常のOFDMの欠点であるピーク対平均電力比（PAPR）が非常に高いという欠点を補うためです。PAPRが高いと、線形性に対する要求が厳しく、高価で非効率なパワーアンプが必要になるため、端末のコストが増加し、バッテリーの消耗が早くなります。上りリンクでは、リリース8および9でマルチユーザーMIMO/空間分割多元接続（SDMA）がサポートされ、リリース10ではSU-MIMOも導入されました。

OFDMとSC-FDMAの両方の伝送モードでは、送信シンボルに巡回プレフィックスが付加されます。セルサイズと伝搬環境に応じて異なるチャネル拡散に対応するため、巡回プレフィックスには2つの異なる長さのものがあります。これらは、4.7μsの通常巡回プレフィックスと16.6μsの拡張巡回プレフィックスです。

時間および周波数領域におけるLTEリソース ブロック: 12 個のサブキャリア、0.5 ms タイムスロット (通常の巡回プレフィックス)。

LTEは、周波数分割複信（FDD）と時分割複信（TDD）の両方のモードをサポートしています。FDDは、上り（UL）と下り（DL）の伝送に、複信周波数ギャップで区切られた一対のスペクトルを使用するのに対し、TDDは、1つの周波数キャリアを交互に周期的に分割し、基地局から端末へ、あるいはその逆方向の伝送を行います。LTEでは、両モードとも独自のフレーム構造を持ち、互いに整合しているため、基地局と端末で同様のハードウェアを使用でき、スケールメリットを実現できます。LTEのTDDモードはTD-SCDMAとも整合しており、共存が可能です。TDD-LTEとFDD-LTEの両方の動作モードをサポートする単一のチップセットが利用可能です。

フレームとリソースブロック

LTE伝送は、時間領域において無線フレームという単位で構造化されています。各無線フレームは10msの長さで、1msのサブフレーム10個から構成されています。マルチメディア・ブロードキャスト・マルチキャスト・サービス（MBMS）以外のサブフレームの場合、周波数領域におけるOFDMAサブキャリア間隔は15kHzです。0.5msのタイムスロットに割り当てられるこれらのサブキャリア12個をリソースブロックと呼びます。[ 11 ] LTE端末には、ダウンリンクまたはアップリンクにおいて、1サブフレーム（1ms）の間に少なくとも2つのリソースブロックを割り当てることができます。[ 12 ]

エンコーディング

すべてのL1トランスポートデータは、ターボ符号化と競合のない2次置換多項式（QPP）ターボ符号内部インターリーバを使用して符号化される。[ 13 ] 8（FDD）または最大15（TDD）プロセスのL1 HARQがダウンリンクに使用され、最大8プロセスがULに使用される。

EUTRAN物理チャネルと信号

ダウンリンクにはいくつかの物理チャネルがあります。[ 14 ]

  • 物理ダウンリンク制御チャネル (PDCCH) は、端末/UE のダウンリンク割り当て情報やアップリンク割り当て許可などを伝送します。
  • CFI (制御フォーマット インジケーター) を通知するために使用される物理制御フォーマット インジケーター チャネル (PCFICH)。
  • アップリンク送信からの確認応答を伝送するために使用される物理ハイブ​​リッド ARQ インジケータ チャネル (PHICH)。
  • 物理ダウンリンク共有チャネル（PDSCH）は、L1トランスポートデータ伝送に使用されます。PDSCHでサポートされる変調方式は、QPSK、16QAM、および64QAMです。
  • 物理マルチキャストチャネル（PMCH）は、単一周波数ネットワークを使用したブロードキャスト伝送に使用されます。
  • 物理ブロードキャストチャネル（PBCH）は、セル内の基本的なシステム情報をブロードキャストするために使用されます。

そして次の信号:

アップリンクには3つの物理チャネルがあります。

  • 物理ランダムアクセスチャネル（PRACH）は、初期アクセスと、UEがアップリンク同期を失った場合に使用されます。[ 15 ]
  • 物理アップリンク共有チャネル（PUSCH）は、L1アップリンクトランスポートデータと制御情報を伝送します。PUSCHでサポートされる変調方式は、QPSK、16QAM 、およびユーザー機器のカテゴリに応じて64QAMです。PUSCHは、帯域幅が大きいため、SC-FDMAを使用する唯一のチャネルです。
  • 物理上りリンク制御チャネル（PUCCH）は制御情報を伝送します。上りリンク制御情報は、上りリンクの確認応答とCQI関連レポートのみで構成されます。上りリンクのコーディングおよび割り当てパラメータはすべてネットワーク側で認識されており、PDCCHでUEに通知されます。

そして次の信号:

  • 端末のアップリンク伝送をデコードするためにアップリンク チャネルを推定するために eNodeB が使用する参照信号 (RS)。
  • eNodeB が各ユーザーのアップリンク チャネル状態を推定し、最適なアップリンク スケジューリングを決定するために使用するサウンディング参照信号 (SRS)。

ユーザー機器（UE）のカテゴリ

3GPPリリース8では、最大ピークデータレートとMIMO機能のサポートに応じて、5つのLTEユーザー機器カテゴリが定義されています。LTE Advancedと呼ばれる3GPPリリース10では、3つの新しいカテゴリが導入されました。その後、リリース11でさらに4つ、リリース14でさらに2つ、リリース15でさらに5つのカテゴリが追加されました。[ 2 ]

UEカテゴリー 最大 L1データレートダウンリンク (Mbit/s) DL MIMO レイヤー の最大数最大L1データレート（アップリンク ）（Mbit/s） 3GPPリリース
注1 0.68 1 1.00 リリース13
注2 2.54 1 2.54 リリース14
M1 1.00 1 1.00 リリース13
M2 4.01 1 6.97 リリース14
0 1.00 1 1.00 リリース 12
1bis 10.30 1 5.16 リリース13
1 10.30 1 5.16 リリース 8
2 51.02 2 25.46
3 102.05 2 51.02
4 150.75 2 51.02
5 299.55 4 75.38
6 301.50 4 51.02 リリース10
7 301.50 4 102.05
8 2,998.56 8 1,497.76
9 452.26 4 51.02 リリース 11
10 452.26 4 102.05
11 603.01 4 51.02
12 603.01 4 102.05
13 391.63 4 150.75 リリース 12
14 3,916.56 8 9,585.66
15 749.86 4 226.13
16 978.96 4 105.53
17 25,065.98 8 2,119.36 リリース13
18 1,174.75 8 211.06
19 1,566.34 8 13,563.90
20 1,948.06 8 316.58 リリース14
21 1,348.96 4 301.50
22 2,349.50 8 422.11 リリース 15
23 2,695.97 8 527.64
24 2,936.88 8 633.17
25 3,132.67 8 738.70
26 3,422.40 8 844.22

注：表示されている最大データレートは、20MHzのチャネル帯域幅の場合です。カテゴリー6以上では、複数の20MHzチャネルを組み合わせたデータレートが含まれます。帯域幅が狭い場合、最大データレートは低くなります

注：これらは、異なるプロトコル層のオーバーヘッドを含まないL1トランスポートデータレートです。セル帯域幅、セル負荷（同時ユーザー数）、ネットワーク構成、使用するユーザー機器の性能、伝搬状況などに応じて、実際のデータレートは異なります。

注：カテゴリー8として規定されている3.0 Gbit/s / 1.5 Gbit/sのデータレートは、基地局セクターのピーク集約データレートに近いものです。単一ユーザーにおけるより現実的な最大データレートは、1.2 Gbit/s（ダウンリンク）および600 Mbit/s（アップリンク）です。[ 16 ]ノキア・シーメンス・ネットワークスは、100 MHzの集約スペクトルを使用して1.4 Gbit/sのダウンリンク速度を実証しました。[ 17 ]

EUTRANリリース

3GPP標準規格の他の部分と同様に、E-UTRAはリリースで構成されています

  • 2008年に凍結されたリリース8は、最初のLTE標準を規定した。
  • 2009年に凍結されたリリース9には、デュアルレイヤー（MIMO）ビームフォーミング伝送や測位サポートなどの物理層へのいくつかの追加が含まれていました。
  • 2011 年に凍結されたリリース 10 では、キャリア アグリゲーション、アップリンクSU-MIMO 、リレーなどのいくつかのLTE Advanced機能が標準に導入され、L1 ピーク データ レートの大幅な向上を目指しています。

これまでのすべてのLTEリリースは、下位互換性を考慮して設計されてきました。つまり、リリース8準拠の端末はリリース10のネットワークでも動作し、リリース10の端末はリリース10の追加機能も利用できます。

周波数帯域とチャネル帯域幅

地域別の展開

技術デモ

  • 2007年9月、NTTドコモは、試験中に消費電力を100mW未満に抑え、E-UTRAデータレート200Mbit/sを実現しました。[ 18 ]
  • 2008年4月、LGとノーテルは時速110kmで走行中に50Mbit/sのE-UTRAデータレートを実証した。[ 19 ]
  • 2008年2月15日 – スカイワークスソリューションズはE-UTRAN用のフロントエンドモジュールをリリースしました。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b 3GPP UMTS Long Term Evolution ページ
  2. ^ a b c 3GPP TS 36.306 E-UTRAユーザー機器の無線アクセス機能
  3. ^ a b 3GPP TS 36.300 E-UTRA 全体説明
  4. ^ 3GPP TS 36.201 E-UTRA: LTE物理層; 一般的な説明
  5. ^ 3GPP TS 36.321 E-UTRA: アクセス制御（MAC）プロトコル仕様
  6. ^ 3GPP TS 36.322 E-UTRA: 無線リンク制御（RLC）プロトコル仕様
  7. ^ 3GPP TS 36.323 E-UTRA: パケットデータコンバージェンスプロトコル（PDCP）仕様
  8. ^ 3GPP TS 36.331 E-UTRA: 無線リソース制御 (RRC) プロトコル仕様
  9. ^ 3GPP TS 24.301 Evolved Packet System (EPS) の非アクセス層 (NAS) プロトコル; ステージ 3
  10. ^ 「3GPP LTE：シングルキャリアFDMAの導入」（PDF） . 2018年9月20日閲覧。
  11. ^ TS 36.211 rel.11、LTE（Evolved Universal Terrestrial Radio Access）、物理チャネルと変調 - 章5.2.3および6.2.3：リソースブロックetsi.org、2014年1月
  12. ^ LTE フレーム構造とリソース ブロック アーキテクチャTeletopix.org、2014 年 8 月取得。
  13. ^ 3GPP TS 36.212 E-UTRA多重化およびチャネル符号化
  14. ^ 3GPP TS 36.211 E-UTRA 物理チャネルと変調
  15. ^ 「Nomor Research Newsletter: LTE Random Access Channel」 。 2011年7月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年7月20日閲覧。
  16. ^ 「3GPP LTE / LTE-A標準化：技術の現状と概要、スライド16」（PDF） 。 2016年12月29日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2011年8月15日閲覧。
  17. ^ 「4Gの速度記録が1.4ギガビット/秒のモバイル通話で破られる #MWC12 | Nokia」 Nokia 2017年6月20日閲覧。
  18. ^ NTTドコモ、3G LTE端末向け低消費電力チップを開発Archived September 27, 2011, at the Wayback Machine
  19. ^ 「NortelとLG ElectronicsがCTIAでLTEをデモ、高速車両走行も可能に」。2008年6月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年5月23日閲覧。
  20. ^ 「Skyworks、3.9Gワイヤレスアプリケーション向けフロントエンドモジュールを発表（Skyworks Solutions Inc.）」（無料登録が必要）ワイヤレスニュース2008年2月14日 2008年9月14日閲覧。
  21. ^ 「ワイヤレスニュース速報 - 2008年2月15日」。WirelessWeek 、2008年2月15日。2008年9月14日閲覧。
  22. ^ 「Skyworks、業界初の3.9Gワイヤレスアプリケーション向けフロントエンドモジュールを発表」Skyworksプレスリリース。登録すれば無料で入手可能。2008年2月11日。 2008年9月14日閲覧。
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